العمود الفقري للملاحة الفضائية الروسية في القرن الحادي والعشرين
نظام صاروخي وفضائي قابل لإعادة الاستخدام في مجمع الإطلاق. معهد بحوث الجرافيكس لدرجات الحرارة العالية
تشكل صواريخ سويوز وبروتون ، التي تم إنشاؤها في منتصف القرن الماضي ، أساس الملاحة الفضائية الروسية الحديثة. يتم وضع كل شيء تقريبًا ينطلق إلى الفضاء من الكوسمودروم الروسي في المدار بواسطة هذه الآلات الموثوقة ، ولكنها عفا عليها الزمن إلى حد ما. من أجل ترقية أسطول الصواريخ وضمان وصول روسيا غير المشروط إلى جميع قطاعات الأنشطة الفضائية ، يدخل أحدث نظام صاروخي أنجارا مرحلة اختبارات الطيران. ربما يكون هذا هو نظام الصواريخ الفضائية الوحيد في العالم الذي يمتلك مجموعة واسعة من القدرات لإيصال المركبات التي تزن من 4 إلى 26 طنًا في الفضاء.
مبادئ ثقيلة للغاية
ستلبي صواريخ سويوز وأنجارا احتياجات المركبات الفضائية في المستقبل القريب ، لكن قدرتها الاستيعابية لا تكفي لحل مشاكل استكشاف القمر والمريخ وكواكب أخرى في النظام الشمسي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تعقد الوضع البيئي في منطقة أمور لأن مراحلها المستهلكة ستقع إما في Amur tiga أو في بحر Okhotsk. من الواضح أن هذا الوضع قسري ، إنه دفعة لضمان السيادة الفضائية لروسيا. ماذا ستكون هذه الرسوم إذا تم اتخاذ قرار لإنشاء صواريخ فائقة الثقل للرحلات المأهولة إلى القمر؟
مثل هذه الصواريخ في بلادنا قصص كانت بالفعل: "الطاقة" و N-1. تم وضع وتنفيذ المبادئ الأساسية للصاروخ الثقيل للغاية منذ أكثر من 50 عامًا ، لذلك لا يلزم سوى المال لإنشائه. وإذا تم إنشاء صاروخ فائق الثقل للمرة الثالثة ، فسوف يتراكم 320 طنًا إضافيًا من المعدن المستهلك مع بقايا الوقود سنويًا في منطقة أمور.
أدت الرغبة في جعل الصواريخ صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة إلى فكرة إعادة المراحل الأولى من الصواريخ إلى ميناء الفضاء وإعادة استخدامها. بعد تحديد الوقت المخصص ، يجب أن تنزل الخطوات في الغلاف الجوي وكيف تعود الطائرة إلى موقع الإطلاق. وفقًا لهذا المبدأ ، سيتم تشغيل نظام الصواريخ والفضاء القابل لإعادة الاستخدام (MRKS).
MRKS كما هي
تم تقديم نظام الصواريخ والفضاء القابل لإعادة الاستخدام للمتخصصين والجمهور في معرض موسكو للفضاء في عام 2011. يتكون النظام من أربع مركبات إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام (MRH) مع وحدات صاروخية قابلة للإرجاع (RBR). يمكن إكمال المجموعة الكاملة من MRNs بسعة حمل تتراوح من 25 إلى 70 طنًا من خلال مجموعات مختلفة من وحدتين رئيسيتين: الوحدة الأولى عبارة عن وحدة صاروخية قابلة للإرجاع (المرحلة الأولى) ، والوحدة الثانية هي مرحلة صاروخية ثانية يمكن التخلص منها.
في التكوين بسعة حمل تصل إلى 25 طنًا (واحد VRB ووحدة واحدة من المرحلة الثانية) ، يمكن للصاروخ القابل لإعادة الاستخدام إطلاق جميع المركبات الفضائية الحديثة والمتقدمة المأهولة وغير المأهولة. في أبعاد 2 طنًا (اثنان من VRB ووحدة واحدة من المرحلة الثانية) ، يتيح لك MRN وضع قمرين صناعيين للاتصالات في مدار واحد ، وتقديم وحدات من المحطات المدارية الواعدة في الفضاء وإطلاق محطات أوتوماتيكية ثقيلة سيتم استخدامها في المرحلة الأولى من استكشاف القمر ودراسة المريخ.
من المزايا المهمة لـ MPH القدرة على إجراء عمليات الإطلاق المزدوجة. من أجل إطلاق قمرين صناعيين حديثين للاتصالات باستخدام صاروخ أنجارا ، من الضروري شراء عشرة محركات صواريخ بقيمة 240 مليون روبل لكل منها. كل. عند إطلاق اثنين من نفس الأقمار الصناعية بمساعدة MRN ، سيتم استخدام محرك واحد فقط ، تقدر تكلفته بـ 400 مليون روبل. التوفير في التكاليف على المحركات وحدها هو 600٪!
أجريت الدراسات الأولى لكتلة الصواريخ القابلة للإرجاع في بداية القرن وتم تقديمها في معرض الفضاء في لو بورجيه في شكل نموذج لمرحلة بايكال القابلة للإرجاع.
في وقت لاحق ، في مرحلة التصميم الأولي ، تم تنفيذ العمل على اختيار مكونات الوقود وحل مشاكل التسخين الحراري والهبوط التلقائي والعديد من المشاكل الأخرى. تم تحليل العشرات من خيارات VRB بالتفصيل ، وتم إجراء تحليل تقني واقتصادي شامل ، مع الأخذ في الاعتبار السيناريوهات المختلفة لتطوير رواد الفضاء المحليين. نتيجة لذلك ، تم تحديد أحد أنواع MRKS التي تلبي تمامًا مجموعة المهام الحديثة والمستقبلية بالكامل.
هبوط مركبة إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام مع وحدات صاروخية قابلة للإرجاع. رسومات معهد أبحاث درجات الحرارة المرتفعة
على الغاز الأزرق
لحل مشكلة المحرك القابل لإعادة الاستخدام ، تم اقتراحه باستخدام الغاز الطبيعي المسال (LNG) كوقود. الغاز الطبيعي وقود رخيص الثمن وصديق للبيئة وله أنسب الخصائص للاستخدام في المحركات التي يعاد استخدامها. تم استلام تأكيد على ذلك في مكتب تصميم خماش المسمى على اسم أ. Isaev في سبتمبر 2011 ، عندما تم اختبار أول محرك صاروخي يعمل بالغاز الطبيعي السائل في العالم. عمل المحرك لأكثر من 3000 ثانية ، وهو ما يتوافق مع 20 بداية. بعد تفكيكها وفحص حالة الوحدات تم تأكيد جميع الأفكار الفنية الجديدة.
تم اقتراح حل مشكلة تسخين الهيكل عن طريق اختيار المسارات المثلى ، حيث تستبعد التدفقات الحرارية التسخين المكثف للهيكل. هذا يلغي الحماية الحرارية المكلفة.
تم اقتراح حل مهمة الهبوط التلقائي لصاروخين محمولان جوا ودمجهما في المجال الجوي الروسي من خلال تضمين نظام الملاحة GLONASS ونظام المراقبة التلقائي التابع ، والذي لم يستخدم في تكنولوجيا الصواريخ ، في حلقة التحكم.
مع الأخذ في الاعتبار التعقيد التقني والجدة للمعدات التي تم إنشاؤها ، بناءً على الخبرة المحلية والأجنبية ، فإن الحاجة إلى إنشاء مظاهرة طيران ، وهي نسخة مصغرة من VRB ، لها ما يبررها. يمكن تصنيع العارض وتجهيزه بجميع الأنظمة العادية على متن الطائرة دون تحضير خاص للإنتاج. ستسمح مثل هذه الطائرة باختبار جميع الحلول التقنية الرئيسية المدمجة في منتج بالحجم الكامل في ظروف طيران حقيقية ، مما يقلل المخاطر التقنية والمالية عند إنشاء منتج قياسي.
يمكن تبرير تكلفة المتظاهر نظرًا لقدرته الفريدة على إطلاق أجسام تزن أكثر من 80 أطنان إلى ارتفاع يصل إلى 10 كم على طول مسار باليستي ، مما يؤدي إلى تسريعها إلى سرعة تتجاوز سرعة الصوت بمقدار 7 أضعاف ، والعودة إلى المطار لإعادة الإطلاق. يمكن أن يكون المنتج القابل لإعادة الاستخدام الذي تم إنشاؤه على أساسه مهمًا ليس فقط لمطوري الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت.
فلسفة المرونة
المرحلة الأولى هي أكبر وأغلى جزء من الصاروخ. من خلال تقليل إنتاج هذه المراحل بسبب استخدامها المتكرر ، من الممكن تقليل تكاليف الإدارات الفيدرالية بشكل كبير لإطلاق المركبات الفضائية. تظهر التقديرات الأولية أنه من أجل التنفيذ الناجح لجميع برامج الفضاء الحالية والمستقبلية ، بما في ذلك تسليم المحطات الآلية إلى القمر والمريخ ، يكفي أن يكون لديك أسطول مكون من 7-9 كتل صواريخ قابلة للإرجاع فقط.
لدى MRKS فلسفة المرونة فيما يتعلق بظروف برنامج الفضاء. بعد إنشاء MRN بسعة حمل تتراوح من 25 إلى 35 طنًا ، ستتلقى Roskosmos نظامًا من شأنه أن يحل مشاكل اليوم والمستقبل القريب بشكل فعال. إذا كانت هناك حاجة لإطلاق مركبات أثقل للرحلات إلى القمر أو المريخ ، فسيكون لدى العميل تحت تصرفه MRN بسعة حمولة تصل إلى 70 طنًا ، ولا يتطلب إنشاءها تكاليف كبيرة.
البرنامج الوحيد الذي لا يناسب MRKS هو برنامج الرحلات المأهولة إلى المريخ. لكن هذه الرحلات ليست مجدية من الناحية الفنية في المستقبل المنظور.
يوجد اليوم سؤال مهم بشكل أساسي حول آفاق تطوير مركبات الإطلاق. ما يجب إنشاؤه: صاروخ من الدرجة الثقيلة للغاية يمكن التخلص منه ، والذي سيتم استخدامه فقط في برامج القمر والمريخ ، وإذا تم إنهاؤها ، فسيتم شطب التكاليف مرة أخرى ؛ أو قم بإنشاء MRKS التي لن تسمح فقط بتنفيذ برامج الإطلاق الحالية بسعر أقل مرة ونصف من اليوم ، ولكن يمكن استخدامها أيضًا مع الحد الأدنى من التعديلات في برنامج Lunar وبرنامج استكشاف المريخ؟
معلومات